活化CO2气体保护焊的研究

活化CO2气体保护焊的研究

(唐山玉联机电有限公司河北唐山064100)

摘要:本文以CO2气体保护焊的概述为基础,着重分析了CO2气体保护焊各工艺参数对其焊接的影响,以实际为出发点对CO2气体保护焊焊缝裂纹的分类及控制措施进行了探讨。

关键词:GMAW;CO2气体保护焊;焊接

一、前言

二氧化碳气体保护焊已经由单一的CO2气体实芯焊丝发展到混合气体药芯焊丝。因具有工作效率高、生产成本低、熔透性好、焊接变形小等优点,被广泛应用于工业制造中。本文就活化CO2气体保护焊进行了探讨。

二、CO2气体保护焊的概述

CO2气体保护焊俗称:二氧焊、二保焊、气保焊,是利用CO2气体作为电弧介质并保护焊接区域的焊接方法,属于熔化极气体保护焊,英文缩写GMAW。1953年由前苏联研发。

CO2气体保护焊的优点:工作效率是手工电弧焊的1~3倍,最高可达到4倍。生产成本是手工电弧焊的50%。熔透性好,一次熔深可达到10mm,探伤合格率可达到95%。焊缝抗裂性好,因为CO2气体是氧化性气体,由于氧化作用,大大降低了焊缝中氢的含量。由于保护气体的压缩降低了焊接热输入(线能量),因而降低了焊接变形。

CO2气体保护焊缺点:设备比较复杂,价格较昂贵。焊接飞溅较多,如果焊接电流、电弧电压、操作手法不正确时飞溅十分严重,且清渣困难。室外作业性差,当现场风速超过2m/s时应作防护措施或停止施焊。氧化性大,只适合于碳素钢,低合金钢的焊接。

三、CO2气体保护焊各工艺参数对其焊接的影响

焊接工艺参数对焊接质量和焊接生产率有很大的影响。为了获得优质的焊接接头,必须先搞清楚各焊接工艺参数对焊接的影响。

1、焊丝直径

焊丝直径对焊接过程的电弧稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有显著影响。随着焊丝直径的加粗则熔滴下落速度相应减小。随着焊丝直径的加粗,则相应减慢送丝速度,才能保证焊接过程的电弧稳定。随着焊丝直径加粗,焊接电流、焊接电压、飞溅颗粒等都相应增大,焊接电弧越不稳定,焊缝成形也相对越差。

2、焊接电流

焊接电流除对焊接过程的电弧稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有影响外,还对焊缝宽度、熔深、余高有显著影响。通常随着焊接电流的增加,电弧电压会相应增加一些。因此随着电流的增加,焊缝熔宽和余高会随之增大一些,而熔深增大最明显。但是当焊接电流太大时,金属飞溅会相应增加,并容易产生烧穿及气孔等缺陷。反之,若焊接电流太小时,电弧不能连续燃烧,容易产生未焊透及焊缝表面成形不良等缺陷。

焊接电流与送丝成正比,也就是说送丝速度越快则焊接电流也越大。CO2气体保护焊接电流的大小是由送丝速度来调节的。

3、电弧电压

电弧电压是影响熔滴过渡、金属飞溅、电弧燃烧时间以及焊缝宽度的主要因素。在一般情况下,电弧电压越高,电弧笼罩也越大。于是熔宽增加,而熔深、余高却减小,焊接趾部易出现咬边。电弧电压过低,则电弧太短,焊丝容易伸入熔池,使电弧不稳定,造成熔合不良。

4、焊接速度

焊接速度对焊缝内部与外观的质量都有重要影响。在保持焊接电流和电弧电压一定的情况下,焊接速度加快则焊缝的熔深、熔宽和余高都会减小,焊道会成为凸形。焊接速度过快,在焊接趾部易出现咬边。进一步提高焊接速度时出现驼峰焊道。相反焊速过低,熔池中液态金属将流到电弧前面,电弧在液态金属上面燃烧,从而使焊缝熔合不良,形成未焊透。

5、焊丝伸出长度

焊丝伸出长度是指焊接时导电嘴与焊件间的距离。焊丝伸出长度对焊接过程的稳定性影响比较大。当焊丝伸出长度增加时,焊丝的熔化速度加快,可以使生产率提高。焊丝伸出长度过大时,由于电阻热的作用,使焊丝的熔化速度相应加快,将引起电弧不稳,飞溅增加,焊缝外观不良和产生气孔。反之,焊丝伸出长度太短时,则焊接电流增大,并缩短了喷嘴与焊件间的距离,这样使喷嘴极易过热,容易堵塞喷嘴,从而影响气体流通。

焊丝伸出长度的大小还影响母材的热输入。恒定电压电源和等速送丝系统,当改变焊丝伸出长度时,焊接电流与熔深均发生变化。当伸出长度增大时,焊丝熔化的速度加快。而焊缝熔深及焊接电流减少。根据这一特点,在半自动焊接时焊工可以通过调节焊枪高度来调节输入。

6、气体流量

CO2气体保护焊利用CO2气体的屏蔽作用实现保护的。气体流量的大小与电流有关,在大电流时气体的流量则要大,为20-25L/min。在工作环境有风时,应适当增大喷嘴直径,以便在大流量时仍可获得稳定的电弧。

7、焊枪倾角

无论是自动焊还是半自动焊,当喷嘴与工件垂直时,飞溅都很大,电弧不稳。其主要原因是运条时产生空气阻力,使保护气流后偏吹。

8、电源极性

CO2气体保护焊时,电源极性对焊缝熔深、电弧稳定都有重要影响。为保证电弧的稳定燃烧,一般采用直流反接。采用正接时,焊丝熔化速度加快、焊缝熔深浅、余高增加,电弧燃烧没有反接稳定。

四、CO2气体保护焊焊缝裂纹的分类及控制措施

1、热裂纹及控制措施

焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹。通常产生在焊缝内部,有时也可能出现在热影响区,表现形式有:纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹和热影响区裂纹。其特征是焊后立即可见,且多发生在焊缝中心,沿焊缝长度方向分布。此外,如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶体和杂质,当焊接拉应力足够大时,也会被拉开。总之,热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因,其预防措施如下:控制焊缝中硫、磷、碳等元素的含量,尽量减少低熔点共晶体的数量。S、P的最大含量取决于母材金属,一般低碳钢、低合金钢S、P<0.05%,高合金钢<0.04%,不锈钢<0.02%或更低。对重要焊接构件应采用碱性焊条或焊剂,以进一步减小有害杂质的含量。严格控制焊接工艺参数,适当增加线能量E和提高预热温度,减慢冷却速度,减少焊缝金属的应变,从而降低热裂纹倾向。

2、冷裂纹及控制措施

焊缝金属在冷却过程或冷却以后,在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。其形成的基本条件有3个:在焊接热循环的作用下,热影响区生成了淬硬组织;焊缝中存在有过量的扩散氢,且具有浓集的条件;存在着较大的焊接拉伸应力。针对其产生原因,其预防措施如下:根据材料等级、碳含量、构件厚度、施焊环境等,选择合理的焊接工艺参数和线能量,如焊前预热、焊后缓冷,采取多层多道焊接,控制一定的层间温度等。选用低氢型焊条,减少焊缝中扩散氢的含量。提高钢材质量,减少钢材中的层状夹杂物。采取可降低焊接应力的各种工艺措施。

五、结束语

总之,CO2焊的成形质量可靠,操作方便又简单,生产成本低,熔透性好,因此,我们通过一定时间的学习实践,不断总结经验,焊接水平一定能够得到较快的提高。

参考文献:

[1]张士相、王承福、闫玉芹,本文《焊工》中国劳动社会保障出版社出版时间2013

[2]焊接手册二材料的焊接[M].北京:机械工业出版社,2013.

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